數據庫概述和現實生活中的應用

1、第1章 數據庫概述簡而言之，數據庫（DataBase）就是一個存儲數據的倉庫。為了方便數據的存儲和管理，它將數據按照特定的規(guī)律存儲在磁盤上。通過數據庫管理系統，可以有效地組織和管理存儲在數據庫中的數據。如今，已經存在了Oracle、SQL Server和MySQL等諸多優(yōu)秀的數據庫。本章將講解的內容包括如下：q 數據存儲方式；q 數據庫泛型；q 數據庫在開發(fā)中作用；q SQL語言；q 數據庫訪問技術；q 常見數據庫系統；q MySQL數據庫的介紹；q 如何學習數據庫。通過本章的學習，讀者可以了解為什么要使用數據庫？什么是數據庫泛型？什么是SQL語言？如何訪問數據庫？常見的數據庫有哪些等。同時，

2、讀者可以了解MySQL數據庫的優(yōu)勢和如何獲得MySQL數據庫。最后，讀者將會了解如何學習數據庫。1.1 數據庫理論基礎數據庫能夠將數據按照特定的規(guī)律組織起來。那么，數據是如何存儲的？數據庫要遵守什么規(guī)則？數據庫在什么地方使用？這些都是首先要了解的問題。本節(jié)將為讀者介紹這些問題。 數據存儲方式如今數據庫已經無處不在了。一個網站需要有數據庫來存儲數據；一個學校需要用數據庫來存儲學生和教師的信息；一個公司需要用數據庫來存儲員工的信息和公司的資料。要學習數據庫，必須先要了解數據庫是如何存儲數據的。本小節(jié)將為讀者介紹數據的存儲方式。數據存儲分為3個階段即人工管理階段、文件系統階段和數據庫系統階段。1人工

3、管理階段在計算機發(fā)展的早期，它的主要作用是進行科學計算。而且，計算機存儲設備還沒有發(fā)展起來？數據主要是存儲在紙帶、磁帶等介質上，或者直接通過手工記錄。%說明：美國人Herman Hollerith（18601929年）根據提花織布機的原理發(fā)明了穿孔片計算機，通過紙帶來存儲數據。在19世紀50年代，IBM最早把盤式磁帶用在數據存儲上。一卷磁帶可以代替1萬張打孔紙卡。隨著技術的發(fā)展，逐漸出現了磁鼓、軟盤、硬盤和光盤等存儲設備。這個階段，數據都是依靠人工進行整理和保存的。使用這種方式來管理數據很不方便。例如，不便于查詢數據、難以共享數據和不便于保存?，F在，國內的一些部門還處在人工管理數據的階段，還需

4、要管理大量的紙質文件。2文件系統階段隨著計算機操作系統的出現和硬件的發(fā)展，可以將數據存儲在計算機的磁盤上。這些數據都以文件的形式出現，然后通過文件系統來管理這些文件。文件系統通過文件的存儲路徑和文件名稱來訪問文件中的數據。文件系統可以很好的保存文件，使用起來也很方便。相對于人工管理階段而言，文件系統使得數據管理變得簡單。至少不用為了一個文件而翻箱倒柜的查找了。但是，這些文件中的數據沒有進行結構化處理，查詢起來還不是很方便。3數據庫系統階段隨著數據量的增加和處理速度的要求，文件系統漸漸地不能滿足數據管理的要求了。數據庫系統階段開始使用專門的數據庫來管理數據。用戶可以在數據庫系統中建立數據庫，然后

5、在數據庫中建立表，最后將數據存儲在這些表中。數據庫是指長期存儲在計算機內、有組織的和可共享的數據集合。簡而言之，數據庫就是一個存儲數據的地方。表是數據庫存儲數據的基本單位。一個表由若干字段組成。例如，某個學校有個學生管理系統，其中的數據可以存儲在名為student的數據庫中。在student數據庫中，可以為每個班級的學生建立一張表。表中包含學生的學號、姓名、性別和籍貫等信息。學號、姓名等就是這個表中的字段?？梢愿鶕@些字段來找到學生的相應信息。數據庫和表都存儲在磁盤上，但用戶不必關心它們在磁盤上的具體位置。用戶可以直接通過數據庫管理系統來查詢表中的數據?，F在使用最多的數據庫是關系數據庫。Ora

6、cle、SQL Server和MySQL等數據庫都是關系數據庫。關系數據庫中的表都是二維表。 數據庫泛型數據庫泛型就是數據庫應該遵循的規(guī)則。數據庫泛型也稱為范式。目前，關系數據庫最常用的4種范式分別是第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）和BCN范式（BCNF）。本小節(jié)將為讀者簡單地介紹一下范式的內容。在設計數據庫時，數據庫需要滿足的最低要求的范式是第一范式。第一范式的要求即表中不能有重復字段，并且每個字段不能再拆分。如果一個數據庫連第一范式都不能滿足的話，那就不能稱之為關系數據庫了。只有滿足了第一范式的要求，才可以在這個關系數據庫中創(chuàng)建表。在滿足第一范式的基礎上，可以將數

7、據庫中進行進一步的細化。細化后可以使數據庫滿足第二范式的要求。依次進行細化，可以得到第三范式、BCN范式。%說明：例如，一個學生表中有學號、院系號和院系名這3個字段。因為學號可以決定是院系名，院系號也可以決定院系名。因此，這個表不是第二范式?，F在對該表進行細化，細化后生成兩個表。第一個表有學號、院系號這兩個字段。第二個表有院系號、院系名這兩個字段。這樣就滿足了第二范式的要求。通常情況下，如果一個數據庫能夠滿足第三范式的要求，那么這個數據庫就是一個很好的數據庫了。當一個數據庫達到第三范式的要求，數據庫中基本上沒有冗余的內容了。但是，有時為了滿足查詢速度等要求，可以有意識的讓某些表有些冗余。這是為

8、了提高整個數據庫的性能。因此，在設計數據庫時，不一定要拘泥于達到第三范式或者BCN范式。只要數據庫的設計能提高整個系統的性能，這就是一個合理的數據庫。 數據庫在開發(fā)中作用現在大部分的管理系統和軟件都需要使用數據庫來存儲數據。在開發(fā)過程中，數據庫已經成為必不可少的一部分。本小節(jié)將為讀者簡單介紹一下數據庫在開發(fā)中的作用。在軟件開發(fā)過程中，經常需要使用數據庫來存儲數據。例如，一個學校的學生管理系統就需要數據庫來存儲學生的學籍信息、考試信息、教師的信息和課程信息等。再比如，銀行的管理系統也需要數據庫來存儲信息。用戶的銀行賬戶、存款量、存款和取款的記錄等信息都是存儲在數據庫中的。當用戶向自己的賬戶里存款

9、時，管理系統會在數據庫中更新該用戶的存款量。筆者曾經開發(fā)過一個駕校的學員管理系統。在這個管理系統中，筆者就使用了MySQL數據庫來存儲管理員的信息、駕校學員的學籍信息和學員的考試信息等。然后通過網頁的應用程序查詢數據庫中的數據、更新數據和刪除數據。例如，管理員要登錄系統就必須輸入用戶名和密碼。然后網頁的應用程序將管理員輸入的用戶名和密碼與數據庫表中的數據進行比較。如果表中存在這個用戶名和密碼，就允許管理員登錄。筆者還為某供電局開發(fā)過一個定值單管理的軟件。在這個軟件中，需要存儲管理員的信息、用戶的信息和定值單的信息等。筆者也是選擇MySQL數據庫來存儲這些數據的。然后通過頁面的應用程序來處理數據

10、庫中的數據。%說明：數據庫的使用范圍非常廣泛，各行各業(yè)中都已經有了數據庫的應用。例如，電力行業(yè)需要數據庫來存儲發(fā)電量、供電量和電費等信息；石油行業(yè)需要數據庫來存儲有關石油的數據；金融行業(yè)需要使用數據庫來存儲各種金融數據?？偠灾?，數據庫已經成為了軟件開發(fā)不可缺少的一部分。如果沒有數據庫，這個軟件將無法獲得數據，也無法將執(zhí)行后的數據保存。1.2 數據庫技術構成數據庫技術的出現是為了更加有效地管理和存取大量的數據資源。簡單地講，數據庫技術主要包括數據庫系統、SQL語言和數據庫訪問技術等。本節(jié)將為讀者介紹數據庫技術的內容。 數據庫系統很多讀者認為數據庫就是數據庫系統（DataBase System，

11、簡稱為DBS）。其實，數據庫系統的范圍比數據庫大很多。數據庫系統不是一個單純的數據庫，而是由數據庫、數據庫管理系統、應用開發(fā)工具等構成。很多時候，數據庫管理員和用戶也可以當成數據庫系統的一份子。本小節(jié)將為讀者介紹數據庫系統的內容。前面的章節(jié)對數據庫已經進行了簡單地介紹，數據庫就是存儲數據的地方。數據庫管理系統（DataBase Management System，簡稱為DBMS）是用來定義數據、管理和維護數據的軟件。它是數據庫系統的一個重要的組成部分。應用系統是需要使用數據庫的軟件。比如學員管理系統就是一個應用系統。這個應用系統需要數據庫來管理它的數據。應用開發(fā)工具就是用來開發(fā)應用系統的。除了

12、上述的軟件部分以外，數據庫系統還包括數據庫管理員和用戶。因為，依靠單純的數據庫管理系統來管理數據庫中的數據是不現實的。很多時候需要一些專門管理這些數據的專業(yè)人員。這些管理數據的專業(yè)人員就是數據庫管理員（DataBase Administrator，簡稱為DBA）。通常在大型的公司都需要有專門的數據庫管理員。例如，網易就有專業(yè)的DBA組，他們主要負責管理和維護數據庫。用戶一般不直接與數據庫接觸，而是通過應用系統來使用數據。 SQL語言SQL（Structured Query Language即結構化查詢語言）。數據庫管理系統通過SQL語言來管理數據庫中的數據。本小節(jié)將為讀者介紹SQL語言的知識。

13、SQL語言是一種數據庫查詢和程序設計語言。其主要用于存取數據、查詢數據、更新數據和管理關系數據庫系統。SQL語言是IBM公司于1975年1979年之間開發(fā)出來的，主要使用于IBM關系數據庫原型System R。在20世紀80年代，SQL語言被美國國家標準學會（American National Standards Institute，簡稱為ANSI）和國際標準化組織（International Organization for Standardization，簡稱為ISO）通過為關系數據庫語言的標準。SQL語言分為3個部分數據定義語言（Data Definition Language，簡稱為D

14、DL）、數據操作語言（Data Manipulation Language，簡稱為DML）和數據控制語言（Data Control Language，簡稱為DCL）。q DDL語句：數據定義語言主要用于定義數據庫、表、視圖、索引和觸發(fā)器等。其中包括CREATE語句、ALTER語句和DROP語句。CREATE語句主要用于創(chuàng)建數據庫、創(chuàng)建表和創(chuàng)建視圖等。ALTER語句主要用于修改表的定義、修改視圖的定義等。DROP語句主要用于刪除數據庫、刪除表和刪除視圖等。q DML語句：數據操縱語言主要用于插入數據、查詢數據、更新數據和刪除數據。其中包括INSERT語句、SELECT語句、UPDATE語句和DE

15、LETE語句。INSERT語句用于插入數據；SELECT語句用于查詢數據；UPDATE語句用于更新數據；DELETE語句用于刪除數據。q DCL語句：數據控制語言主要用于控制用戶的訪問權限。其中包括GRANT語句和REVOKE語句。GRANT語句用于給用戶增加權限；REVOKE語句用于收回用戶的權限。數據庫管理系統通過這些SQL語句可以操作數據庫中的數據。在應用程序中，也可以通過SQL語句來操作數據。例如，可以在Java語言中嵌入SQL語句。通過執(zhí)行Java語言來調用SQL語句，這樣即可在數據庫中插入數據、查詢數據。SQL語句也可以嵌入到C#語言、PHP語言等編程語言中。 數據庫訪問技術應用系

16、統中，程序語言需要使用數據庫訪問技術來訪問數據庫。只有使用數據庫訪問技術，程序中嵌入的SQL語句才會起作用。不同程序語言訪問數據庫的方式是不一樣的。本小節(jié)將為讀者簡單講解各種數據庫訪問技術。不同的程序語言使用不同的數據庫訪問技術。早期的數據庫訪問技術是ODBC（Open Database Connectivity）。C#語言通過ADO.NET來訪問數據庫。Java語言使用JDBC（Java Data Base Connectivity）來訪問數據庫。使用這些數據庫訪問技術時，必須要另外安裝相應的驅動程序。ODBC 技術為訪問不同的關系數據庫提供了一個共同的接口。通過ODBC提供的接口，應用程序

17、可以連接數據庫。然后，可以執(zhí)行SQL語言來操作數據庫中的數據。ODBC提供的接口提供了最大限度的互操作性。使用ODBC來訪問MySQL數據庫時，必須安裝驅動程序Connector/ODBC。ADO.NET是微軟公司提供的組件。用戶可以通過ADO.NET提供的方法來訪問數據庫。ADO.NET是在.NET框架下優(yōu)先使用的數據訪問接口。使用ADO.NET來連接MySQL數據庫時，必須安裝驅動程序Connector/Net。JDBC是一種用于執(zhí)行SQL語句的Java API。Java語言通過JDBC可以訪問多種關系數據庫。JDBC由一組用Java語言編寫的類和接口組成。使用JDBC時，必須要安裝驅動程

18、序Connector/J。PHP中為程序員提供了MySQL功能模塊，PHP 5以后開始提供mysqli接口。PHP可以通過MySQL功能模塊和mysqli接口來訪問MySQL數據庫。1.3 MySQL基礎現在數據庫的版本很多，如Oracle、DB2、SQL Server都是很優(yōu)秀的商業(yè)數據庫。同時，還有MySQL、PostgreSQL都是很優(yōu)秀的開源數據庫。MySQL數據庫的使用已經非常廣泛了。本節(jié)將為讀者介紹常見的數據庫系統，以及MySQL數據庫的基本知識。 常見數據庫系統如今已經存在很多優(yōu)秀的商業(yè)數據庫，如甲骨文（Oracle）公司的Oracle數據庫、IBM公司的DB2數據庫、微軟公司的

19、SQL Server數據庫和Access數據庫。同時，還有很多優(yōu)秀的開源數據庫，如MySQL數據庫、PostgreSQL數據庫等。本小節(jié)將為讀者介紹這些常見的數據庫。1甲骨文的Oracle甲骨文公司是世界領先的數據庫軟件開發(fā)商。甲骨文公司的Oracle數據庫可以當之無愧的稱為當今世界最優(yōu)秀的數據庫。財富排行榜上的前1000家公司幾乎都采用Oracle數據庫。而且Oracle數據庫是世界上第一個支持SQL語言的數據庫。Oracle數據庫主要應用于大型系統。但是，該數據庫非常復雜，管理起來很不方便。在2009甲骨文全球大會上，甲骨文公司宣布最新版Oracle服務器虛擬化軟件Oracle VM 2.

20、2正式上市。2IBM的DB2DB2是IBM公司研制的一種關系型數據庫系統。主要應用于OS/2、Windows等平臺下。DB2提供了高層次的數據利用性，數據的完整性好。而且DB2的安全性高，具有很強的可恢復性。DB2數據庫主要應用于大型系統當中。3微軟的Access和SQL ServerAccess數據庫是微軟公司開發(fā)的小型數據庫。Access數據庫是微軟的Office系列軟件的一部分，其主要應用于小型的系統中。SQL Server數據庫也是由微軟公司開發(fā)的，主要應用于大型的管理系統當中。而且該數據庫與微軟的Windows系列操作系統的兼容性很好。但是，由于該數據庫是微軟公司的專有軟件，因此還不

21、能夠在UNIX和Linux操作系統上運行。目前，最新的SQL Server數據庫是SQL Server 2008。%注意：Access數據庫和SQL Server數據庫都是微軟公司的產品，只能在微軟公司的Windows系列的操作系統上運行。而Oracle、DB2、PostgreSQL和MySQL這些數據庫都是可以跨平臺的。它們不僅可以在Windows系列的操作系統運行，還可以在UNIX、Linux和Mac OS等操作系統上運行。4開源PostgreSQLPostgreSQL數據庫是一個開放源代碼的數據庫。該數據庫是在加州大學伯克利分校計算機系的POSTGRES項目的基礎上產生的。1994年，A

22、ndrew Yu和Jolly Chen在POSTGRES中增加了SQL語言的解釋器。隨后將數據庫的源代碼發(fā)布到因特網上供所有人使用?，F在，PostgreSQL數據庫已經是個非常優(yōu)秀的開源項目。很多大型網站都是使用PostgreSQL數據庫來存儲數據。5開源MySQLMySQL數據庫也是一個開放源代碼的數據庫。MySQL是由瑞典MySQLAB公司開發(fā)的。據稱，MySQL的開發(fā)者之一Monty Widenius的女兒也叫My，因此將該數據庫取名為MySQL。MySQL的發(fā)展速度非?？欤F在很多網站已經使用MySQL數據庫。很多國內的大型網站也已經使用MySQL，如新浪、網易等。 為什么要使用MyS

23、QL如今很多大型網站已經選擇MySQL數據庫來存儲數據。那么，MySQL到底有什么優(yōu)勢呢？本小節(jié)將為讀者介紹選擇MySQL數據庫的原因。MySQL數據庫的使用以及非常廣泛，尤其是在Web應用方面。由于MySQL數據庫發(fā)展勢頭迅猛，Sun公司于2008年收購了MySQL數據庫。這筆交易的收購價格高達10億美元。這足以說明MySQL數據庫的價值。MySQL數據庫有很多的優(yōu)勢，下面總結了其中幾種。1MySQL是開放源代碼的數據庫MySQL是開放源代碼的數據庫，任何人都可以獲取該數據庫的源代碼。這就使得任何人都可以修正MySQL的缺陷。并且任何人都能以任何目的來使用該數據庫。在此不得不提到Richar

24、d Stallman的GUN工程和GPL協議。Richard Stallman提出GNU（GNU is Not UNIX）工程，提出了自由軟件的思想。GNU工程提出了GPL（GNU General Public Licence）許可協議。該工程的目的是為用戶提供可以自由使用的軟件。MySQL作為一款自由軟件，完全繼承了GNU的思想。這保證了MySQL是一款可以自由使用的數據庫。2MySQL的跨平臺性MySQL不僅可以在Windows系列的操作系統上運行，還可以在UNIX、Linux和Mac OS等操作系統上運行。因為很多網站都選擇UNIX、Linux作為網站的服務器，所以MySQL的跨平臺性保

25、證其在Web應用方面的優(yōu)勢。雖然微軟公司的SQL Server數據庫是一款很優(yōu)秀的商業(yè)數據庫，但是其只能在Windows系列的操作系統上運行。因此，MySQL數據庫的跨平臺性是一個很大的優(yōu)勢。3價格優(yōu)勢MySQL數據庫是一款自由軟件。任何人都可以從MySQL的官方網站下載該軟件。這些社區(qū)版本的MySQL都是免費使用的。即使是需要付費的附加功能，其價格也是很便宜的。相對于Oracle、DB2和SQL Server這些價格昂貴的商業(yè)軟件，MySQL具有絕對的價格優(yōu)勢。4功能強大且使用方便MySQL是一個真正的多用戶、多線程SQL數據庫服務器。它是以客戶機/服務器結構的實現，由一個服務器守護程序my

26、sqld和很多不同的客戶程序和庫組成。它能夠快速、有效和安全的處理大量的數據。相對于Oracle等數據庫來說，MySQL的使用是非常簡單的。MySQL主要目標是快速、健壯和易用。上面是MySQL數據庫的一些基本優(yōu)勢。現在甲骨文公司出資74億美元收購Sun公司。很多人為MySQL的前途擔憂，認為一旦收購成功，甲骨文公司就會對MySQL數據庫痛下毒手。筆者認為這樣的情況是不會出現的。畢竟MySQL數據庫是一個開放源代碼的數據庫。即使甲骨文公司不支持MySQL的發(fā)展，MySQL也依然會在眾多愛好者的支持下不斷發(fā)展壯大。因此，MySQL數據庫的前途依然是不可限量的。 MySQL版本和獲取MySQL數據

27、庫可以在Windows、UNIX、Linux和Mac OS等操作系統上運行。因此，MySQL有不同操作系統的版本。而且，根據發(fā)布的先后順序，現在已經在開發(fā)MySQL的6.0版了。本小節(jié)將為讀者介紹MySQL的版本和如何下載MySQL。根據操作系統的類型，MySQL數據庫大體上可以分為Windows版、UNIX版、Linux版和Mac OS版。因為UNIX和Linux操作系統的版本很多，不同的UNIX和Linux版本有不同的MySQL版本。因此，如果要下載MySQL，必須先了解自己使用的是什么操作系統。然后根據操作系統來下載相應的MySQL。根據用戶群體的不同，MySQL數據庫可以分為社區(qū)版（C

28、ommunity Edition）和企業(yè)版（Enterprise）。社區(qū)版是自由下載且完全免費的，但是沒有官方的技術支持。企業(yè)版是收費的，而且不能下載。但是企業(yè)版擁有完善的技術支持。如果是個人學習，可以選擇社區(qū)版。企業(yè)版一般都是適合企業(yè)使用的。根據發(fā)布順序來區(qū)分，MySQL數據庫可以分為4.1、5.0、5.1等版本。MySQL官方網站上現在提供4.1、5.0、5.1、5.4和6.0等版本的下載。當然，官方網站上也提供一些很老的版本的MySQL的下載。但是，5.4版本現在處于測試階段，6.0版本還處于開發(fā)當中。根據MySQL的開發(fā)情況，可以將MySQL分為Alpha、Beta、Gamma和Gen

29、erally Available（GA）等版本。這幾種版本的說明如下。q Alpha。該版本處于開發(fā)階段，可能會增加新的功能或進行重大修改；q Beta。該版本處于測試階段，開發(fā)已經基本完成，但沒有進行全面的測試；q Gamma。該版本是發(fā)行過一段時間的Beta版，比Beta版要穩(wěn)定一些；q Generally Available（GA）。該版本已經足夠穩(wěn)定，可以在軟件開發(fā)中應用了。也有些稱為Production版。%說明：在mysql-essential-alpha-win32.msi中，essential表示該版本包含了MySQL中的必要部分，但不包含一些不常用的部分；“6”表示主版本號，

30、所有版本6的MySQL擁有相同的文件格式；“0”表示發(fā)行級別；“11”表示該級別下的版本號；alpha表示該版本處于開發(fā)中；win32表示該版本運行在Windows操作系統下；msi是該安裝文件的格式。讀者可以到下載不同版本的MySQL。同時，也可以在百度、谷歌和雅虎等搜索引擎中搜索下載鏈接。筆者在寫本書時最新的穩(wěn)定版本為。本書中使用的數據庫也為5.1.40版本。1.4 如何學習數據庫數據庫已經成為軟件系統的一部分，那么學好數據庫將是軟件開發(fā)的一個必要條件。如何才能學好數據庫，這個問題沒有確切的答案。筆者在本節(jié)與讀者分享一下自己學習的經驗。學好數據庫，最主要的是要多練習。筆者將自己學習數據庫的

31、方法總結如下：1多上機實踐要想熟練的掌握數據庫，就必須經常上機練習。只有在上機實踐中才能深刻體會數據庫的使用。通常情況下，數據庫管理員工作的時間越長，其工作經驗就越豐富。很多復雜的問題，都可以根據數據庫管理員的經驗來很好地解決。上機實踐的過程中，可以將學到的數據庫理論知識理解得更加透徹。本書后面的章節(jié)都會有上機實踐的小節(jié)。希望通過這些實踐能夠讓讀者對每個章節(jié)的內容都能理解得很透徹。2多編寫SQL語句SQL語句是數據庫的靈魂。數據庫中的很多操作都是通過SQL語句來實現的。雖然現在的數據庫都有易用的圖形界面，可以直接在圖形界面上創(chuàng)建數據庫和表。但是，圖形界面卻掩蓋了這些操作是如何實現的。只有經常使用SQL語句來操作數據庫中的數據，讀者才可以更加深刻地理解數據庫。本書為讀者準備了很多使用SQL語言編程的例子。希望讀者能夠通過編寫SQL語句能夠更好地學習數據